(57)【要約】  燃料電池は、電解質膜と電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、金属板を加工することにより形成され膜電極接合体を挟むように配置された第１および第２のセパレータと、を備える。セパレータは、膜電極接合体に対向する位置の外側の位置に膜電極接合体の面方向に略垂直な反応ガス流路を構成する開口を有する。第１のセパレータは、開口が形成される位置の少なくとも一部の金属板が開口の膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有する。折り返し部分は、折り返し部分と第１のセパレータとの間に形成され膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間と反応ガス流路とを連通する連通孔を有する。第２のセパレータは、折り返し部分を有さない。
2011067805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、
金属板を加工することにより形成され、前記膜電極接合体を挟むように配置された第１および第２のセパレータと、を備え、
前記第１および第２のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置の外側の位置に、前記膜電極接合体の面方向に略垂直な反応ガス流路を構成する開口を有し、
前記第１のセパレータは、前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有し、
前記折り返し部分は、前記折り返し部分と前記第１のセパレータとの間に形成され前記膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間と、前記反応ガス流路と、を連通する連通孔を有し、
前記第２のセパレータは、前記折り返し部分を有さない、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータの前記折り返し部分と前記第２のセパレータとの間がシール材によりシールされている、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
前記膜電極接合体の前記第１のセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させる前記反応ガス流路を構成する前記開口に隣接する前記折り返し部分である第１の折り返し部分の前記面方向に沿った長さは、前記膜電極接合体の前記第２のセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させる前記反応ガス流路を構成する前記開口に隣接する前記折り返し部分である第２の折り返し部分の前記面方向に沿った長さより長い、燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記開口と対向する位置における前記電解質膜の前記面方向に沿った長さは前記電極層の前記面方向に沿った長さより長く、
前記第１の折り返し部分の長さは、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記電解質膜と重なるような長さであり、
前記第２の折り返し部分の長さは、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記電解質膜と重ならないような長さである、燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータの前記第１の折り返し部分と前記第２のセパレータとの間と、前記第１のセパレータの前記第１の折り返し部分と前記電解質膜との間と、前記第１のセパレータの前記第２の折り返し部分と前記第２のセパレータとの間と、前記第１のセパレータにおける前記第２の折り返し部分より前記面方向に沿って内側の部分と前記電解質膜との間が、シール材によりシールされており、
各前記シール材の前記面方向に略垂直な方向に沿った位置は同じである、燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池であって、さらに、
前記膜電極接合体と前記第１および第２のセパレータのそれぞれとの間に配置されたガス拡散層を備え、
前記第１のセパレータ側の前記ガス拡散層の面方向に沿った長さは、前記第２のセパレータ側の前記ガス拡散層の前記面方向に沿った長さおよび前記電解質膜の前記面方向に沿った長さより短い、燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータにおける前記折り返し部分に対向する位置には、前記第１のセパレータから前記第２のセパレータに向かう方向に凸な形状で、前記折り曲げ線に略平行な方向に沿って並ぶ複数の第１の凸部が、前記金属板のプレス加工により形成されている、燃料電池。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池であって、
前記複数の第１の凸部は、前記開口から前記膜電極接合体に向かう方向に沿って並ぶ複数の位置に設けられた平坦形状の平坦部により分断されており、
前記平坦部には、前記開口を前記面方向に囲んでシールするガスケットと、前記燃料電池の外周を前記面方向に囲んでシールするガスケットと、が配置されている、燃料電池。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記折り返し部分は、先端に、前記第１のセパレータ側に向かって折り曲げられた先端側折り曲げ部分を有する、燃料電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池であって、
前記先端側折り曲げ部分は、前記先端側折り曲げ部分の先端が前記第１のセパレータの表面に達する形状であると共に、ガスを通過させる連通孔を有する、燃料電池。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータの前記面方向に沿った端部に、前記第１のセパレータから離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分が形成されている、燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータの前記端部折り曲げ部分の先端には、前記面方向に略平行であり前記面方向に略垂直な方向に沿った位置が前記第２のセパレータにおける前記端部折り曲げ部分以外で前記第１のセパレータから最も離れた部分の位置と同じである端部平行部分が形成されている、燃料電池。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置に、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記膜電極接合体を挟まずに隣接する前記第１のセパレータとの間に冷却媒体が流通する空間を確保するための複数の第２の凸部を有し、
前記第２のセパレータにおける前記端部折り曲げ部分以外で前記第１のセパレータから最も離れた部分は、前記第２の凸部の最外側部である、燃料電池。
【請求項１４】
請求項１２に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置に、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記膜電極接合体を挟まずに隣接する前記第２のセパレータとの間に冷却媒体が流通する空間を確保するための複数の第２の凸部を有し、
前記第１のセパレータにおける前記折り返し部分に対向する位置に、前記面方向に略垂直な方向に沿った位置が前記第２の凸部の最外側部の位置と同じである第３の凸部が形成されている、燃料電池。
【請求項１５】
請求項１１に記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータの前記面方向に沿った端部の前記端部折り曲げ部分以外の部分と前記第１のセパレータとの間がシール材によりシールされている、燃料電池。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の燃料電池であって、さらに、
前記膜電極接合体と前記第１および第２のセパレータのそれぞれとの間に配置されたガス拡散層と、
多孔体により形成され、前記ガス拡散層のそれぞれと前記第１および第２のセパレータのそれぞれとの間に配置されて前記ガス拡散層に反応ガスを供給する一対の多孔体流路層と、を備える、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、電解質膜の一方の面にアノードが設けられ他方の面にカソードが設けられた構成の膜電極接合体を含む発電モジュールとセパレータとが交互に積層されたスタック構造の形態で利用される。燃料電池は、膜電極接合体に供給された反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。【０００３】
燃料電池に供給された反応ガスはマニホールドを介して膜電極接合体に導かれ、膜電極接合体において利用されなかった反応ガスはマニホールドへと排出される。反応ガスのマニホールドから膜電極接合体への導入部分や膜電極接合体からマニホールドへの導出部分（以下、まとめて「反応ガス導出入部」とも呼ぶ）は、ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立が要求される。【０００４】
金属製セパレータにおけるマニホールド用の開口が形成される部分を折り返し、折り返し部分にマニホールドと内部ガス流路空間とを連通する連通孔を設けることにより形成された反応ガス導出入部の構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２１９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術では、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの両方に折り返し加工を施す必要があるため、加工工程が煩雑化すると共に、燃料電池の積層方向に沿った大きさが増大する傾向にある。【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成する燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。【０００９】
［適用例１］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、
金属板を加工することにより形成され、前記膜電極接合体を挟むように配置された第１および第２のセパレータと、を備え、
前記第１および第２のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置の外側の位置に、前記膜電極接合体の面方向に略垂直な反応ガス流路を構成する開口を有し、
前記第１のセパレータは、前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有し、
前記折り返し部分は、前記折り返し部分と前記第１のセパレータとの間に形成され前記膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間と、前記反応ガス流路と、を連通する連通孔を有し、
前記第２のセパレータは、前記折り返し部分を有さない、燃料電池。【００１０】
この燃料電池では、第１のセパレータに、開口が形成される位置の少なくとも一部の金属板が開口の膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有しており、折り返し部分は第１のセパレータとの間に膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間を形成し、折り返し部分には反応ガス流路と内部流路空間とを連通する連通孔が形成されている。そのため、この燃料電池では、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第２のセパレータは折り返し部分を有さない。そのため、この燃料電池では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制することができる。【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータの前記折り返し部分と前記第２のセパレータとの間がシール材によりシールされている、燃料電池。【００１２】
この燃料電池では、第１のセパレータの折り返し部分と膜電極接合体との間をシールする場合と比較して、反応ガス導出入部におけるガスシール性の確保を達成しつつ、膜電極接合体の面積を小さくすることができる。【００１３】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の燃料電池であって、
前記膜電極接合体の前記第１のセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させる前記反応ガス流路を構成する前記開口に隣接する前記折り返し部分である第１の折り返し部分の前記面方向に沿った長さは、前記膜電極接合体の前記第２のセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させる前記反応ガス流路を構成する前記開口に隣接する前記折り返し部分である第２の折り返し部分の前記面方向に沿った長さより長い、燃料電池。【００１４】
この燃料電池では、特に、第１のセパレータ側の電極で利用される反応ガスのガス導出入部における流路抵抗を低減することができる。【００１５】
［適用例４］適用例３に記載の燃料電池であって、
前記開口と対向する位置における前記電解質膜の前記面方向に沿った長さは前記電極層の前記面方向に沿った長さより長く、
前記第１の折り返し部分の長さは、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記電解質膜と重なるような長さであり、
前記第２の折り返し部分の長さは、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記電解質膜と重ならないような長さである、燃料電池。【００１６】
この燃料電池では、第２の折り返し部分により形成される内部流路空間と第２のセパレータ側の電極との連通を確保しつつ、第１の折り返し部分と電解質膜との関係を良好なシールが形成できる関係とすることができる。【００１７】
［適用例５］適用例４に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータの前記第１の折り返し部分と前記第２のセパレータとの間と、前記第１のセパレータの前記第１の折り返し部分と前記電解質膜との間と、前記第１のセパレータの前記第２の折り返し部分と前記第２のセパレータとの間と、前記第１のセパレータにおける前記第２の折り返し部分より前記面方向に沿って内側の部分と前記電解質膜との間が、シール材によりシールされており、
各前記シール材の前記面方向に略垂直な方向に沿った位置は同じである、燃料電池。【００１８】
この燃料電池では、各シール材の面方向に略垂直な方向に沿った位置を同じとすることにより、燃料電池の製造工程の簡易化およびコストの低減を図ることができる。【００１９】
［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池であって、さらに、
前記膜電極接合体と前記第１および第２のセパレータのそれぞれとの間に配置されたガス拡散層を備え、
前記第１のセパレータ側の前記ガス拡散層の面方向に沿った長さは、前記第２のセパレータ側の前記ガス拡散層の前記面方向に沿った長さおよび前記電解質膜の前記面方向に沿った長さより短い、燃料電池。【００２０】
この燃料電池では、電解質膜における第１のセパレータ側のガス拡散層が配置されていない部分の少なくとも一部に第２のセパレータ側のガス拡散層が配置されることとなり、電解質膜の当該部分が補強され、電解質膜の破れによるクロスリークの発生を抑制することができると共に、両側のガス拡散層が直接接触して短絡が発生することを抑制することができる。【００２１】
［適用例７］適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータにおける前記折り返し部分に対向する位置には、前記第１のセパレータから前記第２のセパレータに向かう方向に凸な形状で、前記折り曲げ線に略平行な方向に沿って並ぶ複数の第１の凸部が、前記金属板のプレス加工により形成されている、燃料電池。【００２２】
この燃料電池では、折り返し部分により形成される内部流路空間に、折り曲げ線に略平行な方向に沿って並ぶ複数の第１の凸部が突出することとなるため、反応ガス導出入部におけるガス分配性を向上させることができる。【００２３】
［適用例８］適用例７に記載の燃料電池であって、
前記複数の第１の凸部は、前記開口から前記膜電極接合体に向かう方向に沿って並ぶ複数の位置に設けられた平坦形状の平坦部により分断されており、
前記平坦部には、前記開口を前記面方向に囲んでシールするガスケットと、前記燃料電池の外周を前記面方向に囲んでシールするガスケットと、が配置されている、燃料電池。【００２４】
この燃料電池では、ガスケットのシールラインにおける反力を面内において同一とすることができ、反応ガスのリークを抑制することができると共に、ガスケットの部分的なへたりやセパレータの変形の発生を抑制することができる。【００２５】
［適用例９］適用例１ないし適用例８のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記折り返し部分は、先端に、前記第１のセパレータ側に向かって折り曲げられた先端側折り曲げ部分を有する、燃料電池。【００２６】
この燃料電池では、第１のセパレータに形成された折り返し部分がスプリングバックによって第２のセパレータ側に変形することを抑制することができ、両セパレータの接触による短絡の発生を抑制することができる。【００２７】
［適用例１０］適用例９に記載の燃料電池であって、
前記先端側折り曲げ部分は、前記先端側折り曲げ部分の先端が前記第１のセパレータの表面に達する形状であると共に、ガスを通過させる連通孔を有する、燃料電池。【００２８】
この燃料電池では、折り返し部分により形成される内部流路空間と膜電極接合体との間の反応ガスの流路を確保しつつ、折り返し部分がスプリングバックによって第２のセパレータ側に変形することを有効に抑制することができる。【００２９】
［適用例１１］適用例１ないし適用例１０のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータの前記面方向に沿った端部に、前記第１のセパレータから離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分が形成されている、燃料電池。【００３０】
この燃料電池では、第２のセパレータの面方向に沿った端部に第１のセパレータから離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分が形成されているため、セパレータ間の距離が大きくなりセパレータ間の短絡の発生が抑制されると共に、端部における曲げ強度が向上して端部の曲げ変形が抑制される。【００３１】
［適用例１２］適用例１１に記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータの前記端部折り曲げ部分の先端には、前記面方向に略平行であり前記面方向に略垂直な方向に沿った位置が前記第２のセパレータにおける前記端部折り曲げ部分以外で前記第１のセパレータから最も離れた部分の位置と同じである端部平行部分が形成されている、燃料電池。【００３２】
この燃料電池では、第２のセパレータの端部折り曲げ部分の先端に端部平行部分が形成されており、端部平行部分の面方向に略垂直な方向に沿った位置は、第２のセパレータにおける端部折り曲げ部分以外で第１のセパレータから最も離れた部分の位置と同じであるため、燃料電池の熱圧着工程の際の第２のセパレータ側の治具として、表面の位置精度が良好であり内部歪みや反りの発生が抑制された平坦形状の治具を使用することができ、結果として、燃料電池の精度を向上させることができる。【００３３】
［適用例１３］適用例１２に記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置に、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記膜電極接合体を挟まずに隣接する前記第１のセパレータとの間に冷却媒体が流通する空間を確保するための複数の第２の凸部を有し、
前記第２のセパレータにおける前記端部折り曲げ部分以外で前記第１のセパレータから最も離れた部分は、前記第２の凸部の最外側部である、燃料電池。【００３４】
この燃料電池では、第２のセパレータに形成された第２の凸部によって第２のセパレータと第１のセパレータとの間に冷却媒体が流通する空間が確保されると共に、燃料電池の熱圧着工程の際の第２のセパレータ側の治具として、表面の位置精度が良好であり内部歪みや反りの発生が抑制された平坦形状の治具を使用することができ、燃料電池の精度を向上させることができる。【００３５】
［適用例１４］適用例１２に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置に、前記面方向に略垂直な方向に沿って前記膜電極接合体を挟まずに隣接する前記第２のセパレータとの間に冷却媒体が流通する空間を確保するための複数の第２の凸部を有し、
前記第１のセパレータにおける前記折り返し部分に対向する位置に、前記面方向に略垂直な方向に沿った位置が前記第２の凸部の最外側部の位置と同じである第３の凸部が形成されている、燃料電池。【００３６】
この燃料電池では、第１のセパレータに形成された第２の凸部によって第２のセパレータと第１のセパレータとの間に冷却媒体が流通する空間が確保されると共に、燃料電池の熱圧着工程の際の第１のセパレータ側および第２のセパレータ側の治具として、表面の位置精度が良好であり内部歪みや反りの発生が抑制された平坦形状の治具を使用することができ、結果として、燃料電池の精度を向上させることができる。【００３７】
［適用例１５］適用例１１に記載の燃料電池であって、
前記第２のセパレータの前記面方向に沿った端部の前記端部折り曲げ部分以外の部分と前記第１のセパレータとの間がシール材によりシールされている、燃料電池。【００３８】
この燃料電池では、第２のセパレータの端部に端部折り曲げ部分が形成されているため、第２のセパレータと第１のセパレータとの間のシール箇所にシール材のバッファ空間が確保され、セパレータ間に不足ない量のシール材を配置しても、はみ出したシール材を除去する作業が必要なく、作業工程の煩雑化を抑制しつつセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができる。【００３９】
［適用例１６］適用例１ないし適用例１５のいずれかに記載の燃料電池であって、さらに、
前記膜電極接合体と前記第１および第２のセパレータのそれぞれとの間に配置されたガス拡散層と、
多孔体により形成され、前記ガス拡散層のそれぞれと前記第１および第２のセパレータのそれぞれとの間に配置されて前記ガス拡散層に反応ガスを供給する一対の多孔体流路層と、を備える、燃料電池。【００４０】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用セパレータ、燃料電池システム、これらの装置またはシステムの製造方法、等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。
【図３】単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。
【図４】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図５】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図６】カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。
【図７】第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。
【図９】カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。
【図１０】第２実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ａの平面構成を示す説明図である。
【図１１】第２実施例における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。
【図１２】第２実施例における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。
【図１３】第２実施例におけるカソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。
【図１４】第３実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。
【図１５】第３実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。
【図１６】第４実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｃの断面構成を示す説明図である。
【図１７】第４実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｃの断面構成を示す説明図である。
【図１８】第５実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｄの断面構成を示す説明図である。
【図１９】第５実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｄの断面構成を示す説明図である。
【図２０】第６実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｅの断面構成を示す説明図である。
【図２１】第７実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｆの断面構成を示す説明図である。
【図２２】第７実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｆの断面構成を示す説明図である。
【図２３】第８実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｇの断面構成を示す説明図である。
【図２４】第８実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｇの断面構成を示す説明図である。
【図２５】第８実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。
【図２６】第９実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｈの断面構成を示す説明図である。
【図２７】第９実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｈの断面構成を示す説明図である。
【図２８】第９実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。
【図２９】変形例における燃料電池を構成する単セルの断面構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００４３】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００を備えている。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。
【００４４】
燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００において利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、排出配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。燃料電池１００には、また、エアポンプ６０および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００において利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。
【００４５】
さらに、燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００から排出された冷却媒体は、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。
【００４６】
図２は、燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。単セル１４０は、後述するように、電解質膜の両面に、それぞれ、アノードおよびカソードが配置された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）を含む発電モジュールを、一対のセパレータによって挟持した構成となっている。
【００４７】
燃料電池１００の内部には、図２に示すように、燃料電池１００に供給された燃料ガスとしての水素を各単セル１４０に分配する燃料ガス供給マニホールド１６２と、燃料電池１００に供給された酸化剤ガスとしての空気を各単セル１４０に分配する酸化剤ガス供給マニホールド１５２と、各単セル１４０において利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド１６４と、各単セル１４０において利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５４と、が形成されている。上記各マニホールドは、燃料電池１００の積層方向（すなわち膜電極接合体の面方向に略垂直な方向）に伸びる形状の反応ガス流路である。燃料電池１００の内部には、さらに、冷却媒体を単セル１４０に分配する冷却媒体供給マニホールド１７２と、各単セル１４０から排出される冷却媒体を集めて燃料電池１００の外部に排出する冷却媒体排出マニホールド１７４と、が形成されている。
【００４８】
図３は、単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。図３（ａ）には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２付近の部分（図２のＸ１部）の平面構成を拡大して示しており、図３（ｂ）には、単セル１４０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の部分（図２のＸ２部）の平面構成を拡大して示している。また、図４および図５は、単セル１４０の断面構成を示す説明図である。図４（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図４（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図５（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図５（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【００４９】
図４および図５に示すように、単セル１４０は、発電モジュール２００と、発電モジュール２００を挟持する一対のセパレータ（カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０）と、を有している。発電モジュール２００は、カソード側多孔体流路層２３０と、カソード側拡散層２１７と、膜電極接合体２１０と、アノード側拡散層２１６と、アノード側多孔体流路層２２０と、が、この順に積層された構成を有している。膜電極接合体２１０は、電解質膜２１２と、電解質膜２１２の一方の側に配置（塗布）されたカソード２１５と、電解質膜２１２の他方の側に配置（塗布）されたアノード２１４と、から構成されている。図２には、単セル１４０の平面における発電モジュール２００の位置をハッチングにより示している。
【００５０】
電解質膜２１２は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード２１５およびアノード２１４は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６より空孔率が高いため、内部におけるガスの流動抵抗が低く、反応ガスが流動する流路として機能する。
【００５１】
なお、以下の説明では、発電モジュール２００の各層を積層する方向を単に「積層方向」と呼ぶものとし、膜電極接合体２１０の面方向（すなわち積層方向と略垂直な方向）を単に「面方向」と呼ぶものとする。また、面方向の内、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に最も近い発電モジュール２００の各層の外周辺に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｙ方向に略垂直な面方向をＸ方向と呼ぶものとする（図３ないし図５参照）。
【００５２】
図４および図５に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、電解質膜２１２のＸ方向に沿った長さは、発電モジュール２００を構成する他の層（アノード２１４やカソード２１５）の長さより長い。すなわち、燃料電池１００の積層方向から発電モジュール２００を見ると、電解質膜２１２は他の層よりＸ方向に突出している。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における電解質膜２１２と他の層（アノード２１４やカソード２１５）の位置をハッチングにより示している。電解質膜２１２の突出部分には、耐久性やハンドリング性の向上のために、ＰＥＮ等による保護層が設けられているとしてもよい。
【００５３】
カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０は、金属板を加工して形成される。カソード側セパレータ３２０には、膜電極接合体２１０に対向する位置より面方向外側の位置に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１が形成されていると共に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されている。
【００５４】
図６は、カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。図４および図６に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接した位置には、折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２は、後に詳述するように、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の少なくとも一部の金属板が、開口３２１の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向（アノード側セパレータ３１０に向かう方向）で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向（膜電極接合体２１０に向かう方向）に折り返されることにより、形成される。
【００５５】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、折り返し部分３２２は、面方向に略垂直な（積層方向に略平行な）垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２２の平行部分の積層方向に沿った位置は、電解質膜２１２の位置よりわずかにカソード側よりの位置である。折り返し部分３２２の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３５０が形成されている。また、折り返し部分３２２の垂直部分には、燃料ガス供給マニホールド１６２と内部流路空間３５０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。
【００５６】
積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３５０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２の平行部分に隣接するような位置である。
【００５７】
同様に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接した位置には、折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５は、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２３が形成される位置の少なくとも一部の金属板が、開口３２３の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向に折り返されることにより、形成される。折り返し部分３２５は、面方向に略垂直な垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２５の平行部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２と同様に、電解質膜２１２の位置よりわずかにカソード側よりの位置であり、電解質膜２１２との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。折り返し部分３２５の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３６０が形成されている。折り返し部分３２５の垂直部分には、酸化剤ガス供給マニホールド１５２と内部流路空間３６０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。
【００５８】
積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３６０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２５の平行部分に隣接するような位置である。
【００５９】
なお、以下の説明では、カソード側セパレータ３２０における燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接する折り返し部分３２２を、燃料ガス側折り返し部分３２２とも呼び、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接する折り返し部分３２５を、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とも呼ぶ。本実施例における燃料ガス側折り返し部分３２２は、本発明における第２の折り返し部分に相当し、本実施例における酸化剤ガス側折り返し部分３２５は、本発明における第１の折り返し部分に相当する。また、本実施例における凸部３２４は、本発明における第１の凸部に相当する。
【００６０】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２とは重ならないような長さとなっている。これに対して、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２と重なるような長さとなっている。すなわち、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さより短い。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の位置を、ハッチングにより示している。
【００６１】
カソード側セパレータ３２０には、その他に、電解質膜２１２の突出部分に対向する位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２７が形成されている（図４（ａ）および（ｂ）参照）。凸部３２７の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とほぼ同じ位置である。凸部３２７の積層方向に沿った外側には、充填材４３０が充填されている。なお、凸部３２７は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と対向する位置には形成されていない（図５（ａ）および（ｂ）参照）。
【００６２】
また、カソード側セパレータ３２０には、開口３２１の燃料ガス側折り返し部分３２２が形成されている側以外の三方を囲む位置、および、開口３２３の酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成されている側以外の三方を囲む位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２９が形成されている（図３ないし図５参照）。凸部３２９の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２および３２５の平行部分とほぼ同じ位置である。
【００６３】
図４および図５に示すように、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０と同様に、膜電極接合体２１０に対向する位置より面方向外側の位置に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１が形成されていると共に、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１２が形成されている。凸部３１２の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１５が形成されている。凸部３１５の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。
【００６４】
なお、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０のように、折り返し部分３２２および３２５は形成されていない。第１実施例におけるカソード側セパレータ３２０は、本発明における第１のセパレータに相当し、第１実施例におけるアノード側セパレータ３１０は、本発明における第２のセパレータに相当する。
【００６５】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間（図中のＲ２部分）は、シール材４２０によりシールされている。また、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間（図中のＲ１部分）は、シール材４１０によりシールされている。また、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１５との間、および、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との間（図中のＲ３部分）は、シール材４４０によりシールされている。さらに、カソード側セパレータ３２０の凸部３２９とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５との間は、シール材４５０によりシールされている。各シール材は、シール箇所におけるシール機能と短絡防止機能とを発揮する。シール材としては、例えば、接着剤や熱可塑性樹脂が用いられる。図４に示すように、各シール材４１０，４２０，４４０，４５０の積層方向に沿った位置は、略同一となっている。
【００６６】
図３ないし図５には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近の構成も同様である。すなわち、単セル１４０における燃料ガス排出マニホールド１６４付近には、燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が膜電極接合体２１０の方向に折り返された折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２には、折り返し部分３２２とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と燃料ガス排出マニホールド１６４とを連通する連通孔が形成されている。また、単セル１４０における酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近には、酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が膜電極接合体２１０の方向に折り返された折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５には、折り返し部分３２５とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と酸化剤ガス排出マニホールド１５４とを連通する連通孔が形成されている。
【００６７】
図４および図５に示すように、単セル１４０には、複数の単セル１４０を積層した際に、図２および図３に示す発電モジュール２００および各マニホールド用の開口を面方向に囲むシールラインＳＬを形成するために、ガスケット５００が配置されている。ガスケット５００は、射出成形により形成される。ガスケット５００は、凸部５０２を有している。ある単セル１４０に配置されたガスケット５００の凸部５０２は、複数の単セル１４０を積層した際に、隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５の表面に密着してシールラインＳＬを形成する。単セル１４０の平面におけるガスケット５００および凸部５０２の配置は、図２および図３に示すシールラインＳＬが形成されるような配置となっており、図４および図５に示す断面においては、凸部３２４および凸部３２９と重なる配置となっている。
【００６８】
アノード側セパレータ３１０における膜電極接合体２１０と対向する位置には、複数のディンプル３１９が形成されている。複数の単セル１４０を積層した際に、ディンプル３１９の積層方向最外側の表面は、積層方向に沿って隣接する他の単セル１４０のカソード側セパレータ３２０の表面に接触する。これにより、２つの単セル１４０間（すなわち、アノード側セパレータ３１０と当該アノード側セパレータ３１０に膜電極接合体２１０を挟まずに隣接するカソード側セパレータ３２０との間）には、面方向に沿って連続した空間が形成される。この空間は、図２に示した冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に連通しており、冷却媒体の流路として利用される。なお、ディンプル３１９は、本発明における第２の凸部に相当する。
【００６９】
図４（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、連通孔３２６を介して内部流路空間３５０に導かれる。内部流路空間３５０は、発電モジュール２００のアノード側の端面（面方向に略垂直な面）に連通している。そのため、内部流路空間３５０に導かれた燃料ガスは、アノード側多孔体流路層２２０を流動しつつアノード側拡散層２１６およびアノード２１４に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド１６４側に形成された図示しない内部流路空間を介して燃料ガス排出マニホールド１６４に排出される。
【００７０】
また、図５（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部流路空間３６０に導かれる。内部流路空間３６０は、発電モジュール２００のカソード側の端面に連通している。そのため、内部流路空間３６０に導かれた酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路層２３０を流動しつつカソード側拡散層２１７およびカソード２１５に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出マニホールド１５４側に形成された図示しない内部流路空間を介して酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。
【００７１】
図７は、第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。単セル１４０の製造工程のステップＳ１１０では、カソード側セパレータ３２０の成形が実行される。図８は、カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。また、図９は、カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。図９には、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１付近の部分の状態を示しているが、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３付近の部分の状態も同様である。
【００７２】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２１０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板にプレス成形加工が施され、凸部３２４が形成される。図９（ａ）には、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板がプレス機Ｐでプレスされ、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、金属板における凸部３２４が形成されない部分は、内部流路空間３５０（または内部流路空間３６０）となる。また、図９（ｂ）には、金属板における開口３２１が形成される位置より面方向内側（膜電極接合体２１０側）の位置に、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、このプレス成型加工では、凸部３２４の他に、凸部３２７や凸部３２９も形成される。
【００７３】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２２０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に孔空け加工が施され、連通孔３２６が形成される。図９（ｃ）には、金属板に連通孔３２６が形成された様子を示している。連通孔３２６は、開口３２１（または開口３２３）の折り曲げ線付近にＸ方向に沿って並ぶように、かつ、Ｙ方向に沿った位置が凸部３２４と重ならないように、形成される。
【００７４】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２３０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に折り曲げ加工が施され、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。図９（ｄ）には、金属板に開口３２１が形成されると共に、開口３２１が形成される位置の一部の金属板が折り曲げ加工される様子を示している。これにより、カソード側セパレータ３２０には、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されると共に、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。
【００７５】
単セル１４０の製造工程（図７）のステップＳ１２０では、アノード側セパレータ３１０の成形が実行される。アノード側セパレータ３１０の成形では、材料としての金属板にプレス成型加工が施され、開口３１１および３１３や、ディンプル３１９、凸部３１２および３１５が形成される。
【００７６】
単セル１４０の製造工程のステップＳ１３０では、カソード側セパレータ３２０にシール材が配置される。シール材は、上述したシール材４１０、４２０、４４０、４５０の位置に配置される。ステップＳ１４０では、カソード側セパレータ３２０に発電モジュール２００を構成する各層が積層され、さらに、アノード側セパレータ３１０が積層される。ステップＳ１６０では、積層状態で熱圧着による接合が行われ、単セル１４０の製造が完了する。
【００７７】
以上説明したように、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されており、アノード側セパレータ３１０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。カソード側セパレータ３２０には、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の少なくとも一部の金属板が開口３２１の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体２１０側に折り返されて形成された折り返し部分３２２を有する。また、カソード側セパレータ３２０は、金属板における開口３２３が形成される位置の少なくとも一部の金属板が開口３２３の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体２１０側に折り返されて形成された折り返し部分３２５を有する。折り返し部分３２２および折り返し部分３２５の平行部分とカソード側セパレータ３２０との間には、膜電極接合体２１０の端面に連通する内部流路空間３５０および３６０が形成されている。また、折り返し部分３２２および折り返し部分３２５の垂直部分には、内部流路空間３５０および３６０と燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２とを連通する連通孔３２６が形成されている。また、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近にも、同様に、金属板の一部が折り返されることにより、折り返し部分が形成されている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０には折り返し部分は形成されていないため、カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０の両側に折り返し部分を形成する場合と比較して、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制することができる。
【００７８】
また、第１実施例の燃料電池１００では、ガス流路を施した樹脂フレームや樹脂フィルム等の別部品を用いて反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を実現する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。
【００７９】
また、第１実施例の燃料電池１００では、反応ガス導出入部において反応ガスが発電モジュール２００の端面（面方向に略垂直な面）を介して導出入されるため、反応ガスを発電モジュール２００の積層面（面方向に平行な面）を介して導出入させることによりガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を実現する場合と比較して、電極利用率を向上させることができると共に、ガス溜まりによる排水性能の低下を抑制することができる。さらに、第１実施例の燃料電池１００では、ガスケット５００のバックアップ機能を電極ではなく金属製のセパレータにもたせることができるため、ガスケット５００のバックアップ機能を電極にもたせる場合と比較して、電極の耐久性を向上させることができる。
【００８０】
また、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と、アノード側セパレータ３１０と、の間がシール材によりシールされているため、セパレータと膜電極接合体との間をシールする場合と比較して、反応ガス導出入部におけるガスシール性の確保を達成しつつ、膜電極接合体２１０の面積を小さくすることができ、コストの低減を図ることができる。
【００８１】
また、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０側の電極（カソード）に酸化剤ガスを供給し、もしくは、カソードから酸化剤ガスを排出する内部流路空間３６０を形成する酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の面方向に沿った長さが、反対側の電極（アノード）に燃料ガスを供給し、もしくは、アノードから燃料ガスを排出する内部流路空間３５０を形成する燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分の面方向に沿った長さより長い。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、特に、酸化剤ガス側のガス導出入部における反応ガスの流路抵抗を低減することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の長さが積層方向に沿って電解質膜２１２と重なるような長さとなっている一方、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分の長さが積層方向に沿って電解質膜２１２と重ならないような長さとなっているため、燃料ガス用の内部流路空間３５０と発電モジュール２００のアノード側端面との連通を確保しつつ、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との関係を良好なシールが形成できる関係とすることができ、クロスリークの発生を抑制することができる。
【００８２】
また、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間と、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間と、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１５との間と、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との間とが、シール材によりシールされており、各シール材の積層方向に沿った位置は略同一となっているため、単純な形状のシール部品を用いることができ、あるいは、スクリーン印刷といった簡易な工法でシール材を塗工することができ、製造工程の簡易化およびコストの低減を図ることができる。
【００８３】
また、第１実施例の燃料電池１００では、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置に、内部流路空間３５０および３６０に突出する形状の凸部３２４が、折り曲げ線に略平行な方向に並んで複数形成されている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、内部流路空間３５０および３６０に、折り曲げ線に略垂直な方向（マニホールドから膜電極接合体２１０に向かう方向）に伸びる複数の小流路空間が形成されるため、反応ガス導出入部におけるガス分配性を向上させることができる。
【００８４】
また、第１実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０におけるガスケット５００の受け面（凸部３１２および凸部３１５）の積層方向に沿った位置が面内で同一となっているため、ガスケット５００の形状を簡易な形状とすることができ、成形金型のコスト低減を図ることができる。
【００８５】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ａの平面構成を示す説明図である。図１０（ａ）には、単セル１４０ａにおける燃料ガス供給マニホールド１６２付近の部分（図２のＸ１部）の平面構成を拡大して示しており、図１０（ｂ）には、単セル１４０ａにおける酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の部分（図２のＸ２部）の平面構成を拡大して示している。また、図１１および図１２は、第２実施例における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。図１１（ａ）には図１０（ａ）のＡ２−Ａ２断面を示しており、図１１（ｂ）には図１０（ａ）のＢ２−Ｂ２断面を示しており、図１２（ａ）には図１０（ｂ）のＣ２−Ｃ２断面を示しており、図１２（ｂ）には図１０（ｂ）のＤ２−Ｄ２断面を示している。また、図１３は、第２実施例におけるカソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。
【００８６】
第２実施例における単セル１４０ａの構成は、凸部３２４ａおよびガスケット５００ａの構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図１０ないし図１３に示すように、第２実施例における単セル１４０ａの凸部３２４ａは、平坦な形状の平坦部ＦＰにより分断されている。平坦部ＦＰは、金属板のプレス成形加工（図８のステップＳ２１０）において、プレスされずに残った金属板の部分である。
【００８７】
凸部３２４ａの平坦部ＦＰは、開口３２１および３２３から膜電極接合体２１０に向かう方向（Ｘ方向）に沿って並ぶ２つの位置に設けられている。具体的には、凸部３２４ａの平坦部ＦＰの位置は、ガスケット５００ａの凸部５０２の位置に一致している。すなわち、ガスケット５００ａは、凸部３２４ａの平坦部ＦＰの位置に凸部５０２が位置するように、成形される。ガスケット５００ａの凸部５０２は、複数の単セル１４０ａを積層した際に、隣接する他の単セル１４０ａのアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５の表面に密着してシールラインＳＬを形成する。このとき、平坦部ＦＰは、ガスケット５００ａのバックアップとして機能する。従って、第２実施例の単セル１４０ａでは、ガスケット５００ａのバックアップとして機能するカソード側セパレータ３２０の部分の積層方向に沿った位置が面内において同一となる。単セル１４０ａの平面におけるガスケット５００ａおよび凸部５０２の配置は、第１実施例と同様に、発電モジュール２００および各マニホールド用の開口を面方向に囲むシールラインＳＬが形成されるような配置となっている。
【００８８】
なお、図１０ないし図１３には、単セル１４０ａにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【００８９】
第２実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ａでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００９０】
また、第２実施例の燃料電池１００では、ガスケット５００ａのバックアップとして機能するカソード側セパレータ３２０の部分の積層方向に沿った位置が面内において同一となるため、ガスケット５００ａのシールラインＳＬにおける反力を面内において同一とすることができ、反応ガスのリークを抑制することができると共に、ガスケット５００ａの部分的なへたりやセパレータの変形の発生を抑制することができる。また、第２実施例の燃料電池１００では、ガスケット５００ａの断面形状が面内において同一になるため、ガスケット成形工程の簡素化を図ることができる。また、凸部３２４ａが形成された位置では平坦部ＦＰにのみガスケット５００ａを成形することにより、ガスケット成形に使用する材料量を低減することができる。また、第２実施例の燃料電池１００では、内部流路空間３５０および３６０が凸部３２４ａの平坦部ＦＰにおいてＹ方向に隣接する他の内部流路空間３５０および３６０と連通するため、反応ガス導出入部におけるガス拡散性が向上する。また、第２実施例の燃料電池１００では、凸部３２４ａが平坦部ＦＰを有するため、凸部３２４ａにおける断面２次モーメントが大きくなり、マニホールド周辺の剛性が高くなる。
【００９１】
Ｃ．第３実施例：
図１４および図１５は、第３実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。図１４（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図１４（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図１５（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図１５（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【００９２】
第３実施例における単セル１４０ｂの構成は、発電モジュール２００ｂの構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図１４および図１５に示すように、第３実施例における単セル１４０ｂの発電モジュール２００ｂは、カソード側の各層（カソード２１５、カソード側拡散層２１７、カソード側多孔体流路層２３０）の面方向（Ｘ方向）に沿った長さが、アノード側の各層（アノード２１４ｂ、アノード側拡散層２１６ｂ、アノード側多孔体流路層２２０ｂ）および電解質膜２１２の面方向に沿った長さより短い。すなわち、第３実施例の単セル１４０ｂは、図４および図５に示す第１実施例の単セル１４０におけるアノード側の各層が、面方向に沿って電解質膜２１２と同じ長さまで伸張された構成となっている。
【００９３】
第３実施例の単セル１４０ｂにおいても、第１実施例の単セル１４０と同様に、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間（図中のＲ２部分）と、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間（図中のＲ１部分）と、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１５との間、および、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との間（図中のＲ３部分）とは、シール材によりシールされている。各シール材の積層方向に沿った位置は、略同一となっている。
【００９４】
なお、図１４および図１５には、単セル１４０ｂにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【００９５】
第３実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ｂでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００９６】
また、第３実施例の単セル１４０ｂでは、第１実施例と同様に、カソード側の各層の面方向に沿った長さが電解質膜２１２の面方向に沿った長さより短いため、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間をシールすることができ、クロスリークの発生を抑制することができる。また、第３実施例の単セル１４０ｂでは、カソード側の各層の面方向に沿った長さがアノード側の各層の面方向に沿った長さよりも短い（すなわち、アノード側各層の長さがカソード側各層の長さよりも長い）ため、電解質膜２１２におけるカソード側各層が配置されていない部分にアノード側各層が配置されることとなり、電解質膜２１２がアノード側各層により補強される。そのため、第３実施例の燃料電池１００では、電解質膜２１２の破れによるクロスリークの発生を抑制することができる。また、第３実施例の燃料電池１００では、カソード側各層がアノード側各層より短いため、両者が直接接触して短絡が発生することを抑制することができる。
【００９７】
Ｄ．第４実施例：
図１６および図１７は、第４実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｃの断面構成を示す説明図である。図１６（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図１６（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図１７（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図１７（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【００９８】
第４実施例における単セル１４０ｃの構成は、燃料ガス側折り返し部分３２２ｃおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｃの構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図１６および図１７に示すように、第４実施例における単セル１４０ｃでは、燃料ガス側折り返し部分３２２ｃおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｃの平行部分の先端に、カソード側セパレータ３２０の側に向かって折り曲げられた先端側折り曲げ部分ＢＰが形成されている。第４実施例では、先端側折り曲げ部分ＢＰの先端は、カソード側セパレータ３２０の表面に接触している。先端側折り曲げ部分ＢＰにおけるＸ方向に沿って連通孔３２６と対向する位置には、内部流路空間３５０および３６０と膜電極接合体２１０側の内部空間とを連通する連通孔３２８が形成されている。
【００９９】
第４実施例における単セル１４０ｃでは、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、連通孔３２６を介して内部流路空間３５０に導かれ、さらに、連通孔３２８を介して発電モジュール２００のアノード側の端面に連通した空間に導かれる。また、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部流路空間３６０に導かれ、さらに、連通孔３２８を介して発電モジュール２００のカソード側の端面に連通した空間に導かれる。
【０１００】
なお、図１６および図１７には、単セル１４０ｃにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【０１０１】
第４実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ｃでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２ｃおよび３２５ｃが形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【０１０２】
また、第４実施例の単セル１４０ｃでは、燃料ガス側折り返し部分３２２ｃおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｃの平行部分の先端に、カソード側セパレータ３２０の側に向かって折り曲げられた先端側折り曲げ部分ＢＰが形成されているため、燃料ガス側折り返し部分３２２ｃおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｃがスプリングバックによって積層方向のアノード側セパレータ３１０側に変形することを抑制することができ、両セパレータの接触による短絡の発生を抑制することができる。また、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２とアノード側セパレータ３１０との間（図中のＲ２部分）や酸化剤ガス側折り返し部分３２５と電解質膜２１２との間（図中のＲ３部分）のシール位置において、先端側折り曲げ部分ＢＰがシールのバックアップとして機能するため、シール性能を向上させることができる。特に、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と電解質膜２１２との間のシール位置では、電解質膜２１２が膨潤した際にも先端側折り曲げ部分ＢＰがバックアップとして機能するため、シール性能の悪化を抑制することができ、クロスリークの発生を抑制することができる。なお、先端側折り曲げ部分ＢＰには連通孔３２８が形成されているため、反応ガスの流通路は確保される。
【０１０３】
Ｅ．第５実施例：
図１８および図１９は、第５実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｄの断面構成を示す説明図である。図１８（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図１８（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図１９（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図１９（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【０１０４】
第５実施例における単セル１４０ｄの構成は、燃料ガス側折り返し部分３２２ｄおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｄの構成の点が、第４実施例における単セル１４０ｃの構成と異なっており、その他の点では第４実施例における単セル１４０ｃの構成と同じである。図１８および図１９に示すように、第５実施例における単セル１４０ｄでは、燃料ガス側折り返し部分３２２ｄおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｄの先端側折り曲げ部分ＢＰの長さが第４実施例より短く、その先端がカソード側セパレータ３２０の表面まで達していない。すなわち、第５実施例では、先端側折り曲げ部分ＢＰの先端とカソード側セパレータ３２０の表面との間に隙間が確保されている。
【０１０５】
第５実施例における単セル１４０ｄでは、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、連通孔３２６を介して内部流路空間３５０に導かれ、さらに、先端側折り曲げ部分ＢＰとカソード側セパレータ３２０表面との間の隙間を介して発電モジュール２００のアノード側の端面に連通した空間に導かれる。また、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部流路空間３６０に導かれ、さらに、先端側折り曲げ部分ＢＰとカソード側セパレータ３２０表面との間の隙間を介して発電モジュール２００のカソード側の端面に連通した空間に導かれる。
【０１０６】
なお、図１８および図１９には、単セル１４０ｄにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【０１０７】
第５実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ｄでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２ｄおよび３２５ｄが形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【０１０８】
また、第５実施例の単セル１４０ｄでは、第４実施例と同様に、燃料ガス側折り返し部分３２２ｄおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｄの平行部分の先端に先端側折り曲げ部分ＢＰが形成されているため、燃料ガス側折り返し部分３２２ｄおよび酸化剤ガス側折り返し部分３２５ｄがスプリングバックによって積層方向のアノード側セパレータ３１０側に変形することを抑制することができ、両セパレータの接触による短絡の発生を抑制することができる。なお、先端側折り曲げ部分ＢＰとカソード側セパレータ３２０表面との間には隙間があるため、反応ガスの流通路は確保される。
【０１０９】
Ｆ．第６実施例：
図２０は、第６実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｅの断面構成を示す説明図である。図２０（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図２０（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。なお、第６実施例における燃料電池１００の図３（ａ）におけるＡ１−Ａ１断面およびＢ１−Ｂ１断面は、図４に示した第１実施例と同じである。
【０１１０】
第６実施例における単セル１４０ｅの構成は、カソード側セパレータ３２０ｅにおける電解質膜２１２と積層方向に沿って重なる位置に、アノード側セパレータ３１０の方向に凸な形状の凸部３３６が形成されている点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。凸部３３６は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成されている部分の内の凸部３２４に対向する位置に形成されている。凸部３３６のアノード側セパレータ３１０側の表面は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５のカソード側セパレータ３２０ｅ側の表面に接触している。
【０１１１】
なお、図２０には、単セル１４０ｅにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【０１１２】
第６実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ｅでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【０１１３】
また、第６実施例の単セル１４０ｅでは、カソード側セパレータ３２０ｅにおける電解質膜２１２と積層方向に沿って重なる位置に凸部３３６が形成されており、凸部３３６の表面が酸化剤ガス側折り返し部分３２５の表面に接触しているため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５がスプリングバックによって積層方向のアノード側セパレータ３１０側に変形することを抑制することができ、両セパレータの接触による短絡の発生を抑制することができる。また、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と電解質膜２１２との間（図中のＲ３部分）のシール位置において、電解質膜２１２が膨潤した際にも凸部３３６がシールのバックアップとして機能するため、シール性能の悪化を抑制することができ、クロスリークの発生を抑制することができる。
【０１１４】
Ｇ．第７実施例：
図２１および図２２は、第７実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｆの断面構成を示す説明図である。図２１（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図２１（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図２２（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図２２（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【０１１５】
第７実施例における単セル１４０ｆの構成は、アノード側セパレータ３１０ｆの構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図２１および図２２に示すように、第７実施例における単セル１４０ｆでは、アノード側セパレータ３１０ｆの面方向に沿った端部に、カソード側セパレータ３２０から離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分３１７が形成されている。ここで、アノード側セパレータ３１０ｆの面方向に沿った端部は、燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２に隣接する位置と、アノード側セパレータ３１０ｆの最外周部と、を意味している。
【０１１６】
端部折り曲げ部分３１７は、面方向に略垂直な（積層方向に略平行な）垂直部分と面方向に略平行な平行部分とから構成されている。端部折り曲げ部分３１７の平行部分の積層方向に沿った位置は、アノード側セパレータ３１０ｆの平坦部の位置と同じとなっている。燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２に隣接する位置に形成された端部折り曲げ部分３１７においては、平行部分の先端が開口３１１および開口３１３を構成する。
【０１１７】
なお、図２１および図２２には、単セル１４０ｆにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【０１１８】
第７実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ｆでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【０１１９】
また、一般に、金属製セパレータの端部は切断加工や孔空け加工に伴ってバリや反りが発生しやすい上に、単セルにおいて変形しやすいため、単セルにおけるセパレータ端部の位置はセパレータ間の短絡が発生しやすい位置である。第７実施例における単セル１４０ｆでは、アノード側セパレータ３１０ｆの面方向に沿った端部に、カソード側セパレータ３２０から離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分３１７が形成されているため、セパレータ間の距離を大きくすることができ、セパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができる。また、第７実施例における単セル１４０ｆでは、端部折り曲げ部分３１７により端部における曲げ強度が向上するため、端部の曲げ変形を抑制することができる。
【０１２０】
また、第７実施例における単セル１４０ｆにおいて、アノード側セパレータ３１０ｆの端部の端部折り曲げ部分３１７以外の部分とカソード側セパレータ３２０との間はシール材４２０によりシールされている。ここで、シール箇所においてシール材の量が不足しているとセパレータ間の短絡の恐れが増大する一方、シール箇所においてシール材の量が過大であると端面からはみ出したシール材（バリ）を除去する作業（バリ取り）が必要となる。第７実施例における単セル１４０ｆでは、アノード側セパレータ３１０ｆの端部に端部折り曲げ部分３１７が形成されているため、アノード側セパレータ３１０ｆとカソード側セパレータ３２０との間に余分なシール材のバッファ空間が確保されるため、セパレータ間に不足ない量のシール材を配置しても、はみ出したシール材を除去する作業が必要なくなるため、作業工程の煩雑化を抑制しつつセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができる。
【０１２１】
Ｈ．第８実施例：
図２３および図２４は、第８実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｇの断面構成を示す説明図である。図２３（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図２３（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図２４（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図２４（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【０１２２】
第８実施例における単セル１４０ｇの構成は、アノード側セパレータ３１０ｇの面方向に沿った端部に形成された端部折り曲げ部分３１７ｇの構成の点が、第７実施例における単セル１４０ｆの構成と異なっており、その他の点では第７実施例における単セル１４０ｆの構成と同じである。第８実施例における単セル１４０ｇでは、アノード側セパレータ３１０ｇの端部に形成された端部折り曲げ部分３１７ｇの平行部分の面方向に略垂直な方向（積層方向）に沿った位置は、ディンプル３１９の最外側部の位置と同じとなっている。第８実施例の単セル１４０ｇにおいて、ディンプル３１９の最外側部は、積層方向に沿った位置がアノード側セパレータ３１０における端部折り曲げ部分３１７ｇ以外の部分の内、カソード側セパレータ３２０から最も離れた部分である。
【０１２３】
なお、図２３および図２４には、単セル１４０ｇにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【０１２４】
第８実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ｇでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【０１２５】
また、第８実施例における単セル１４０ｇでは、第７実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０ｇの端部に端部折り曲げ部分３１７ｇが形成されているため、作業工程の煩雑化を抑制しつつセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができると共に、端部の曲げ変形を抑制することができる。
【０１２６】
さらに、第８実施例における単セル１４０ｇでは、熱圧着工程の精度を向上させることにより単セルの品質を向上させることができる。図２５は、第８実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。図２５に示すように、単セル製造の際の熱圧着工程（図７のステップＳ１５０）では、下側治具Ｇｌに単セル１４０ｇを構成する各層を積層したワークが載置され、上側治具Ｇｕと下側治具Ｇｌとによってワークがプレスされる。ここで、第８実施例における単セル１４０ｇでは、端部折り曲げ部分３１７ｇの平行部分の面方向に略垂直な方向に沿った位置がアノード側セパレータ３１０ｇの最外側に位置するディンプル３１９の位置と一致しており、また、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７，３２４，３２９以外の部分は、平坦形状（すなわち、面方向に略垂直な方向に沿った位置が同一）である。そのため、図２５に示すように、熱圧着工程用の下側治具Ｇｌとして、ワーク側表面に凹凸加工を施す必要のない平坦形状の治具を使用することができると共に、上側治具Ｇｕとして、ガスケット５００との干渉を避けるための掘り込み部以外の部分ではワーク側表面に凹凸加工を施す必要のない平坦形状の治具を使用することができる。このような平坦形状の治具は、ワーク側表面の位置精度が良好であり、加工に伴う内部歪みの発生も抑制されたものとなる。また、上側治具Ｇｕは、掘り込み部以外の部分が平坦形状であることから、全体の体積に対する掘り込み部の体積の割合が低いため、反りの発生が抑制されたものとなる。従って、第８実施例における単セル１４０ｇを製造するための熱圧着工程では、ワーク側表面の位置精度が良好であり内部歪みや反りの発生が抑制された治具を用いることができ、結果として、製造される単セル１４０ｇの精度を向上させることができる。特に、第８実施例における単セル１４０ｇを製造するための熱圧着工程では、ガスケット５００周辺部分の積層方向に沿った位置の精度を向上させることができるため、ガスケット５００周辺部の位置の精度が低下してシール反力が低下しガスリークが発生することを抑制することができる。
【０１２７】
Ｉ．第９実施例：
図２６および図２７は、第９実施例における燃料電池１００を構成する単セル１４０ｈの断面構成を示す説明図である。図２６（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図２６（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図２７（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図２７（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【０１２８】
第９実施例における単セル１４０ｈの構成は、アノード側セパレータ３１０ｈおよびカソード側セパレータ３２０ｈの構成の点が、第７実施例における単セル１４０ｆの構成と異なっており、その他の点では第７実施例における単セル１４０ｆの構成と同じである。第９実施例における単セル１４０ｈでは、ディンプル３１９ｈが、アノード側セパレータ３１０ｈではなくカソード側セパレータ３２０ｈに形成されている。また、第９実施例における単セル１４０ｈでは、第７実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０ｈの面方向に沿った端部に、カソード側セパレータ３２０ｈから離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分３１７が形成されている。端部折り曲げ部分３１７の平行部分の積層方向に沿った位置は、アノード側セパレータ３１０ｈの平坦部の位置と同一となっている。
【０１２９】
また、第９実施例における単セル１４０ｈでは、ガスケット５００の周辺部に、積層方向に沿ってアノード側セパレータ３１０ｈから離れる方向に凸な形状の凸部３３８が形成されている。凸部３３８の面方向に平行な部分の積層方向に沿った位置は、ディンプル３１９ｈの最外側部の位置と同じとなっている。凸部３３８は、本発明における第３の凸部に相当する。
【０１３０】
なお、図２６および図２７には、単セル１４０ｈにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における構成も同様である。
【０１３１】
第９実施例の燃料電池１００を構成する単セル１４０ｈでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０ｈに折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【０１３２】
また、第９実施例における単セル１４０ｈでは、第７実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０ｈの端部に端部折り曲げ部分３１７が形成されているため、作業工程の煩雑化を抑制しつつセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができると共に、端部の曲げ変形を抑制することができる。
【０１３３】
さらに、第９実施例における単セル１４０ｈでは、第８実施例と同様に、熱圧着工程の精度を向上させることにより単セルの品質を向上させることができる。図２８は、第９実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。第９実施例における単セル１４０ｈでは、端部折り曲げ部分３１７の平行部分の面方向に略垂直な方向に沿った位置がアノード側セパレータ３１０ｈの平坦部の位置と一致しており、また、カソード側セパレータ３２０ｈの凸部３３８における面方向に平行な部分の積層方向に沿った位置はディンプル３１９ｈの最外側部の位置と同じとなっている。そのため、図２８に示すように、熱圧着工程用の下側治具Ｇｌとして、ワーク側表面に凹凸加工を施す必要のない平坦形状の治具を使用することができると共に、上側治具Ｇｕとして、ガスケット５００との干渉を避けるための掘り込み部以外の部分ではワーク側表面に凹凸加工を施す必要のない平坦形状の治具を使用することができる。従って、第９実施例における単セル１４０ｈを製造するための熱圧着工程では、ワーク側表面の位置精度が良好であり内部歪みや反りの発生が抑制された治具を用いることができ、結果として、製造される単セル１４０ｇの精度を向上させることができる。特に、第９実施例における単セル１４０ｈを製造するための熱圧着工程では、ガスケット５００の周辺部分の積層方向に沿った位置の精度を向上させることができるため、ガスケット５００周辺部の位置の精度が低下してシール反力が低下しガスリークが発生することを抑制することができる。また、第９実施例における単セル１４０ｈを製造するための熱圧着工程では、下側治具Ｇｌとワークとの接着面積が大きくなるため、ワークに均一に荷重をかけることができ、製造される単セル１４０ｇの精度を向上させることができる。
【０１３４】
また、第９実施例における単セル１４０ｈでは、生成水の多いカソード側にディンプル３１９ｈが形成されているため、カソード側多孔体流路層２３０内の生成水がディンプル３１９ｈとカソード側多孔体流路層２３０との間の空間に吸い上げられて保持されることにより、生成水によるカソード側多孔体流路層２３０における燃料ガスの流通の阻害を抑制することができると共に、生成水の排出能力を向上させることができる。
【０１３５】
Ｊ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１３６】
Ｊ１．変形例１：
上記各実施例における燃料電池システム１０の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム１０の構成は種々変更可能である。例えば、上記各実施例では、発電モジュール２００はアノード側多孔体流路層２２０およびカソード側多孔体流路層２３０を含むとしているが、図２９に示すように、発電モジュール２００が多孔体流路層を含まないとしてもよい。図２９に示す変形例の単セル１４０においても、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、上記各実施例では、折り返し部分３２２および３２５の垂直部分に複数の連通孔３２６が設けられているが、複数の連通孔３２６の代わりに連続したスリット状の開口が設けられているとしてもよい。また、発電モジュール２００がアノード側拡散層２１６およびカソード側拡散層２１７を含まないとしてもよい。
【０１３７】
また、上記各実施例では、燃料電池１００を構成する各部の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体を用いて形成されるとしているが、カーボン多孔体といった他の材料を用いて形成されるとしてもよい。
【０１３８】
Ｊ２．変形例２：
上記各実施例の単セル１４０において、カソード側とアノード側とを逆にしてもよい。すなわち、上記各実施例の単セル１４０の構成では、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されており、アノード側セパレータ３１０には折り返し部分は形成されていないが、反対に、アノード側セパレータ３１０に折り返し部分が形成され、カソード側セパレータ３２０には折り返し部分は形成されていない構成を採用することも可能である。このような構成の場合には、折り返し部分の面方向に沿った長さは、上記各実施例とは逆に、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口３２１および３１１に隣接した折り返し部分の方が、酸化剤ガス供給マニホールド１５２および酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口３２３および３１３に隣接した折り返し部分より長いことが好ましい。すなわち、折り返し部分が形成されるセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さの方が、反対側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さより長いことが好ましい。また、折り返し部分が形成されるセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さは、積層方向（面方向に略垂直な方向）に沿って電解質膜２１２と重なるような長さであることが好ましく、反対側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２と重ならない長さであることが好ましい。
【０１３９】
また、上記各実施例では、マニホールド（酸化剤ガス供給マニホールド１５２、燃料ガス供給マニホールド１６２、酸化剤ガス排出マニホールド１５４、燃料ガス排出マニホールド１６４）を構成する開口のすべてに隣接して折り返し部分が形成されているとしているが、一部の開口のみに隣接して折り返し部分が形成されているとしてもよい。
【０１４０】
Ｊ３．変形例３：
上記第２実施例では、カソード側セパレータ３２０に形成された凸部３２４ａが２つの平坦部ＦＰにより分断されているとしているが、平坦部ＦＰは、凸部３２４ａの上に形成されるガスケット５００の凸部５０２の位置に設けられればよく、その数は２箇所に限られない。
【０１４１】
Ｊ４．変形例４：
上記第３実施例において、発電モジュール２００ｂを構成する各層の面方向に沿った長さに関して、必ずしもアノード側の各層の長さと電解質膜２１２の長さとが同じである必要はない。第３実施例において、カソード側の各層の長さが電解質膜２１２およびアノード側の各層の長さより短ければ、電解質膜２１２におけるカソード側各層が配置されていない部分の少なくとも一部にアノード側各層が配置されることとなり、電解質膜２１２が補強されてクロスリークの発生を抑制することができ、また、カソード側各層がアノード側各層と直接接触して短絡が発生することを抑制することができる。
【０１４２】
また、上記第３実施例において、アノード側の各層の内のアノード２１４ｂおよびアノード側拡散層２１６ｂのみの長さがカソード側の各層の長さより長く、アノード側多孔体流路層２２０ｂの長さはカソード側の各層の長さと同じであるとしてもよい。このようにしても、電解質膜２１２が補強されてクロスリークの発生を抑制することができ、また、カソード側各層がアノード側各層と直接接触して短絡が発生することを抑制することができる。
【符号の説明】
【０１４３】
１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…排出配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５２…酸化剤ガス供給マニホールド
１５４…酸化剤ガス排出マニホールド
１６２…燃料ガス供給マニホールド
１６４…燃料ガス排出マニホールド
１７２…冷却媒体供給マニホールド
１７４…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２２０…アノード側多孔体流路層
２３０…カソード側多孔体流路層
３１０…アノード側セパレータ
３１１…開口
３１２…凸部
３１３…開口
３１５…凸部
３１７…端部折り曲げ部分
３１９…ディンプル
３２０…カソード側セパレータ
３２１…開口
３２２…燃料ガス側折り返し部分
３２３…開口
３２４…凸部
３２５…酸化剤ガス側折り返し部分
３２６…連通孔
３２７…凸部
３２８…連通孔
３２９…凸部
３３６…凸部
３３８…凸部
３５０…内部流路空間
３６０…内部流路空間
４１０…シール材
４２０…シール材
４３０…充填材
４４０…シール材
４５０…シール材
５００…ガスケット
５０２…凸部
【図１】
2011067805.tif 000003
【図２】
2011067805.tif 000004
【図３】
2011067805.tif 000005
【図４】
2011067805.tif 000006
【図５】
2011067805.tif 000007
【図６】
2011067805.tif 000008
【図７】
2011067805.tif 000009
【図８】
2011067805.tif 000010
【図９】
2011067805.tif 000011
【図１０】
2011067805.tif 000012
【図１１】
2011067805.tif 000013
【図１２】
2011067805.tif 000014
【図１３】
2011067805.tif 000015
【図１４】
2011067805.tif 000016
【図１５】
2011067805.tif 000017
【図１６】
2011067805.tif 000018
【図１７】
2011067805.tif 000019
【図１８】
2011067805.tif 000020
【図１９】
2011067805.tif 000021
【図２０】
2011067805.tif 000022
【図２１】
2011067805.tif 000023
【図２２】
2011067805.tif 000024
【図２３】
2011067805.tif 000025
【図２４】
2011067805.tif 000026
【図２５】
2011067805.tif 000027
【図２６】
2011067805.tif 000028
【図２７】
2011067805.tif 000029
【図２８】
2011067805.tif 000030
【図２９】
2011067805.tif 000031
【国際調査報告】
2011067805.tif 000032
2011067805.tif 000033
2011067805.tif 000034
2011067805.tif 000035